Газ обладает рядом важных преимуществ перед другими видами топлива. При его сжигании не образуется золы. Газ можно сжечь без образования дыма, сажи и других продуктов неполного сгорания. Газ сравнительно легко можно очистить от сернистых соединений и обес­печить квалифицированных потребителей бессернистым топливом, при сжигании которого не образуются SO2 и so3. Городской и внутриза­водский транспорт газа значительно удобнее и дешевле перевозки твердого и жидкого топлива. Газ с малым содержанием балласта легко зажигается. При работе на газе значительно облегчается запуск и об­служивание топливоиспользующих установок [149].

Теплотехнические характеристики газообразного топлива приводят обычно на 1 м3 газа. В данной книге все расчеты даны на 1 м3 газа при нормальных условиях, т. е. при давлении 760 мм рт. ст. и температу­ре 0 °С.

Наряду с нормальными условиями газа различают стандартные условия[8], которым соответствует давление 760 мм рт. ст. и температура 20 °С.

В табл. 118 даны коэффициенты для пересчета объемов газа из одних условий в другие [150].

Таблица 118

Коэффициенты для пересчета объемов газа из одних условий в другие

В табл. 119 приведено содержание водяных паров, насыщающих газ при различных температурах и нормальном давлении.

Впервые горючий (искусственный) газ начали производить из твер­дого топлива преимущественно из каменных углей. Искусственный газ обходится значительно дороже исходного твердого топлива. К тому же производство газа связано с крупными капиталовложениями. Поэтому искусственный газ использовали в сравнительно ограниченных преде­лах в качестве топлива для бытовых потребителей и технологических печей.

Значительное применение в промышленности, преимущественно ме­таллургической, нашли искусственные газы, получаемые как побочный продукт при производстве кокса (коксовый газ) и чугуна (доменный; газ).

Доля газа в топливном балансе коренным образом изменилась с от­крытием крупных месторождений природного газа й развитием нефтя­ной промышленности, обусловившим появление попутного нефтепро­мыслового, нефтезаводских, сжиженных и других углеводородных газов.

В 1900 г. доля естественного, т. е. природного, и попутного нефте­промыслового газов в мировом топливном балансе составляла менее — 1%, в 1913 г., предшествовавшем первой мировой войне, — менее 1,5%, в 1938 г., перед второй мировой войной, — 4,8%, а за последующий пе­риод она возросла в 4 раза и в 1974 г. достигла 20,7%.

Прогнозируется, что к 1985 г. доля природного газа в мировом топ­ливно-энергетическом балансе составит 25%.

В США и некоторых других странах газ широко используют в про­мышленности и он является одним из основных видов топлива.

Наряду с преимуществами газообразное топливо обладает также — рядом существенных недостатков:

1. Природный и ‘большинство искусственных газов сгорают с обра­зованием малосветящегося факела. Поэтому передача тепла излучением’ от факела горящего газа незначительна, гораздо меньше, чем от факела — жидкого или твердого топлива.

2. Неполноту сгорания. газа визуально трудно установить. Поэтому при отсутствии должного контроля сжигание газа может сопровождать­ся большими потерями тепла вследствие химической неполноты сго­рания.

3. Хранение газа в стальных газгольдерах требует весьма крупных., металловложений, и поэтому такие хранилища строят с расчетом обес­печивать покрытия лишь суточной неравномерности в потреблении га­за. Это обусловливает необходимость применения резервного топлива, и перевода части промышленных потребителей в зимние месяцы, когда потребность в тепле возрастает, с газообразного топлива на жидкое ш твердое.

4. Некоторые виды газообразного. топлива содержат значительное количество токсичной окиси углерода. В случае утечки такого газа в. результате неплотности коммуникаций или погасания горелок возможны; тяжелые отравления людей.

5. Газовоздушные смеси весыма взрывоопасны. Проникновение газа в неработающие топки и утечка газа из газопроводов могут привести к серьезным авариям.

Прогрессивные методы использования газа, разработанные и широ­ко внедренные в технику, позволяют ликвидировать или уменьшить влияние перечисленных недостатков газообразного топлива и значи­тельно повысить эффективность его использования.

1. Малая светимость факела газа перекрывается излучением рас­каленных огнеупоров при сжигании газа по методам беспламенного горения.

На рис. 21 показаяа излучающая беспламенная горелка, сконст­руированная и испытанная в Энергетическом институте им. Г. М. Кржи­жановского.

Газ поступает в горелку по трубе 1, а воздух по трубе 2 в смеси­тель 3. Из смесителя газовоздушная смесь поступает в камеру 4 и рас­пределяется по туннелям камеры огнеупорного блока 5 со скоростью, превышающей скорость воспламенения, после чего поступает в каналы между огнеупорными насадками 6. Процесс горения протекает вблизи от поверхности огнеупорных насадок 6 и вставок 7. Длина рабочей час­ти горелки 360 мм, ширина 100 мм, площадь 0,036 м®. Тепловое напря­жение поверхности нагрева составляет около 2 300 000 ккал/(м2-ч). Горелка работает нормально при размещении над ней на расстоянии около 100 мм охлаждаемого водой экрана.

На рис. 22 и 23 изображена беспламенная панельная горелка кон­струкции Гипронефтемаш.

Газ поступает в горелку по трубе 1 через сопло 2 со скоростью 500—400 м/сек и инжектирует воздух из атмосферы. При пуске установ­ки количество подсасываемого воздуха регулируют заслонкой 3. Обра­зующаяся газовоздушная смесь поступает по инжектору 4 в металличе­скую распределительную камеру 5, затем проходит по ниппелям 6 диа­метром 4—8 мм и поступает ‘в керамические туннели 7 диаметром 20 мм, в которых сжигается газовоздушная смесь. Камера 5 теплоизо­лирована слоем диатомовой крошки 8 от керамических призм 9, с огне­упорными туннелями 7.

247

Размеры излучающей. поверхности горелок 500X500 или 605Х Х605 мм. Толщина горелки 230 мм. Число туннелей в одной горелке от 100 до 365.

На рис 24 показана трубчатая печь со стенами, смонтированными из беспламенных панельных горелок. Печь предназначена для нефтепе­рерабатывающей и химической промышленности. Теплопроизводитель — ность печи 12 млн. ккал/ч. На расстоянии от 600 до 1200 мм от излуча­ющих стен 1 размещены тепловоспринимающие трубы экрана двухсвет­ного облучения 2, по которым движется нагреваемый нефтепродукт.

КПД печи 80—85%

2. Полнота сгорания газа обеспечивается применением автоматики, поддерживающей заданное соотношение газа и воздуха.

Постоянство соотношения газа — и воздуха достигается при исполь­зовании горелок полного предварительного смешения, обладающих ав­торегулировкой, т. е. сохраняющих оптимальное соотношение газа и воздуха при изменении в определенных пределах нагрузки горелок.

Рис. 24. Трубчатая печь со стенами, смонтированными из панельных беспламенных ■горелок

Для контроля полноты сгорания газа созданы хроматографические — приборы, позволяющие точно фиксировать содержание в продуктах сгорания горючих компонентов.

3. Неравномерность в потреблении газа компенсируется созданием мощных подземных газохранилищ, позволяющих обеспечить круглого­дичное снабжение газом потребителей, перевод которых на резервное топливо затруднителен.

Сооружение подземных газохранилищ и кольцевание газопроводов обеспечивают бесперебойное питание газом городов и ряда промышлен­ных предприятий и позволяют широко применять в промышленности прогрессивные типы газовых топок и печей, не осложняя конструкцию оборудования требованиями, связанными с возможностью работы на резервных видах топлива.

В 1970 г. в подземные хранилища было закачено 5 млрд. м3 газа„ а в 1975 г. — 14 млрд. м3 [154].

В «Основных направлениях развития народного хозяйства на 1976— 1980 годы» предусмотрено строительство подземных газохранилищ, главным образом в наиболее топливопотребляющих районах страны при максимальном использовании для этих целей выработанных газо­вых и нефтяных месторождений [9].

4. Опасность отравления при использовании газообразного топлива резко уменьшилась благодаря тому, что природные и другие углеводо­родные газы, доминирующие в современном газовом балансе страны, не содержат токсичной окиси углерода.

5. Для предотвращения взрывов при использовании газа отрабо­таны правила безопасного пуска, останова и эксплуатации топок и пе­чей и созданы приборы, сигнализирующие проникновение газа в поме­щение.

Отдельные виды газообразного топлива сильно различаются по своим свойствам и теплотехническим характеристикам. Так, теплота сгорания 1 м3 нефтепромыслового газа примерно в 15 раз превосходит теплоту сгорания доменного газа. Водяной, генераторный и доменный газы, в отличие от природного газа, характеризуются крайней токсич­ностью. Нормальная скорость распространения пламени коксового газа в несколько раз выше, чем природного.

Различия в физико-химических и теплотехнических характеристи­ках газообразного топлива обусловлены различиями в составе газа.